《电器与可编程控制器》课程设计说明书-PLC邮件分拣系统模拟.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 电器与可编程控制器电器与可编程控制器课程设计说明课程设计说明 书书 题目题目： 邮件分拣系统模拟邮件分拣系统模拟 二级学院（直属学部）： 延陵学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 09 电 Y3 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 讲师 1 电器与可编程控制器电器与可编程控制器课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名指导老师职称讲师 课题名称课题：邮件分拣系统模拟 指标及要求1 分拣邮码到五种邮箱 2 能报错 3 出错后停机，重启后能重运行 3 上机调试 PLC 控制程序，打印 PLC 程序，计算机绘图。 课题内容工作内容：1、熟悉课题工作原理。 2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。 3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。 4、完成设计图纸，完成设计任务书。 5、设计测评。 进程安排第一天：下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。 第二天：电气原理控制设计，元器件选择。 第三至九天：梯形图设计（控制分析），上机调试。 第十天：完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。 参考文献电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 史国生 基于三菱 FX2nPLC 实验指导书罗慧芳，常州工学院出版社，2011 电气与 PLC 综合控制技术朱文胜，赵斯军.苏州大学出版社，2008 可编程控制器原理及应用路林吉，王坚清华大学出版社，2002 PLC 基础及应用廖常初机械工业出版社，2003 PLC 的发展寨希林，曲非非微计算机信息，2002 PLC 编程及应用廖常初机械工业出版社，2002 地点秋白楼 A406 教室起止日期 2011.12.262012.1.6 指导教师：俞霖 2011 年 12 月 26 日 2 目录目录 电器与可编程控制器电器与可编程控制器课程设计任务书课程设计任务书 .1 目录目录 .2 1 绪绪 论论 4 1.1 课题的研究背景及意义.4 1.2 什么是可编程控制器.4 1.3 可编程控制器的特点.4 2 课题介绍课题介绍 6 2.1 什么是自动分拣系统.6 2.2 何为自动分拣机.6 2.3 自动分拣机的作业描述.6 2.4 自动分拣机的主要特点.7 3 设计的内容及要求设计的内容及要求 8 3.1 控制设计要求及方案。.8 3.2 实验面板图.8 4 硬件设计硬件设计 9 4.1 元器件的选择.9 4.2 控制原理图.10 5 软件设计软件设计 11 5.1PLC 的 I/O 资源配置.11 5.2 设计思想与程序框图.11 5.3 程序及其说明.13 5.4外部接线图18 安装与运行调试安装与运行调试 .19 3 6.1 安装可靠性技术要求.19 6.2PLC 程序的调试运行20 总总 结结 .21 附录附录 .22 8.1 主电路.22 8.2 控制电路图.23 8.3 完整程序梯形图.24 9 参考文献参考文献 28 4 1 1 绪绪 论论 1.1 课题的研究背景及意义 随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个企业都迫切地 需要改进技术，提高效率，尤其在需要进行分拣及缓冲、传送的单位，以往一 直采用人工分拣的方法，效率低成本高。为解决上述问题，将 PLC 技术应用到 分拣装置中用以提高生产效率降低生产成本是一个很好的途径。本文就介绍了 PLC 在邮件分拣系统中的应用。 1.2 什么是可编程控制器 1987 年（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中 对 PLC 做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的运算操作 的电子装置。它采用可以编制程序的，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序 运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按 易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 1.3 可编程控制器的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 PLC 用代替大量的中间和时间继电器，仅剩下 与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的 1/101/100， 因触点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代技术，采用严格 的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例 如三菱公司生产的 F 系列 PLC 高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的 则 更长。从 PLC 的机 来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电 系统相 比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在 应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性 5 也就不奇怪了。 2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、 中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品 种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行，组成不同功能、 不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀，可以用于各种规模的工 业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力， 可用于各种 领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、 温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及技术的发展， 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用，是面向工矿企业的设 备。它接口容易，编程语言易于为接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和 继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实 现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂原理和汇编语言的人使用计算 机从事工业控制打开了方便之门。 4容易改造系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很 容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图 的时间要少得多。PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的 接线，使及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同 一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产 场合。 5.体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸 小于 100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来 的 1/21/10。它的重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内 部，是实现机电一体化的理想控制设备。 6 2 2 课题介绍课题介绍 2.1 什么是自动分拣系统 最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统。通过人工搜索、搬运来完成 货物的提取。这种分拣系统的作业效率低下，无法满足现代化物流配送对速度 和准确性的高要求。随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样 的自动化机械设备。计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手 段。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。 自动分拣系统(automatic sorting system)是二战后在美国、日本以及欧 洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统。一般由控制装置、分类装置、 输送装置及分拣道口四部分组成，它们通过计算机网络联结在一起，配合人工 控制及相应的人工处理环节构成一个完整的分拣系统。随着计算机技术的飞速 发展，可编程控制器应运而生。并且功能也越来越强大。在应用上，PLC 有着 其他设备无以比拟的优越性，它可靠性高，抗干扰能力高；适用性强，应用灵 活；编程方便，易于使用；功能强大，扩展能力强；控制系统设计、安装、调 试方便；维修方便，维修工作量少；体积小，质量轻，易于实现机电一体化。 2.2 何为自动分拣机 自动分拣机是自动分拣系统的一个主要设备。它本身需要建设短则40- 50 米，长则 150-200 米的机械传输线 ,还有配套的机电一体化控制系统、计 算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大， （动辄 20000 平方米以上） ， 而且还要建 3-4 层楼高的立体仓库和各种自动化的搬运设施（如叉车）与之相 匹配，这项巨额的先期投入通常需要花 10-20 年才能收回。 2.3 自动分拣机的作业描述 该系统的作业过程可以简单描述如下：物流中心每天接收成百上千家供 应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这 些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将 这些商品运送到指定地点（如指定的货架、加工区域、出货站台等） ，同时， 当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时 间内从庞大的高层货存架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按 所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运 7 送到不同的理货区域或配送站台集 中，以便装车配送。 2.4 自动分拣机的主要特点 1、能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作 业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行， 同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力 是人工分拣系统可以连续运行 100 个小时以上，每小时可分拣 7000 件包装 商品，如用人工则每小时只能分拣150 件左右，同时分拣人员也不能在这 种劳动强度下连续工作 8 小时。 2、 分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输 入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工 键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入， 除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主 要采用条形码技术来识别货物。 3、 分拣作业基本实无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为 了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动 分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并 不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作： （1） 、送货车辆抵达自动的进货端时，由人工接货。 （2） 、由人工控制分拣系统的运行。 （3） 、分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。 8 3 3 设计的内容及要求设计的内容及要求 3.1 控制设计要求及方案。 启动后绿灯 L1 亮表示可以进邮件，S1 为 ON 表示模拟检测邮件的光标号检 测到邮件，拨号器模拟邮件的邮码，从拨号器读到的邮码，从拨号器读到的邮 码的正常值为 1,2,3,4,5。 若是此 5 个数的任意一个，则红灯 L2 亮，电机 M5 运行，将邮件分拣到邮箱 内，完后 L2 灭，L1 亮，表示可以分拣邮件。 若读到的邮码不是该 5 个数，曾红灯 L2 闪烁，表示出错，电机 M5 停止，重 新启动后，能重新运行。 3.2 实验面板图 9 4 4 硬件设计硬件设计 4.1 元器件的选择 序号名称型号数量 1PlcFx2N-48MR1 2 电动机 Y250M-45 3 传感器 WBCO15 4 传送带V60 1 5 电磁阀 34EF30-E10B1 6 启动按钮 LA251 7 电源 SITOP1 8 灯泡 2.5w2 9 熔断器 RL6-253 10 低压隔离器 HD-113 11 时间继电器 JRO3 12 按钮 LA252 13 压力继电器 JT4-22A3 14 热继电器 JR16-20/33 10 4.2 控制原理图 M1 3 FU1 KM1 FR1 M3 3 FU3 KM3 FR3 M2 3 FU2 KM2 FR2 M4 3 FU4 KM4 FR4 M5 3 FU5 KM5 FR5 U V W 11 5 5 软件设计软件设计 5.1PLC 的 I/O 资源配置 S D S1A 复位输 入 输 出 5.2 设计思想与程序框图 邮件入箱控制软件设计流程：一是邮件检测；二是编码信息检测；三是编 码信息转化为脉冲信号；四是邮件入箱；五是出错控制。PLC 控制部分程序流 13 程图 检测邮 件 读取编码信息 判别可识编码信息 红灯亮绿灯灭采集 s1 脉冲信号 入箱 红灯灭，绿灯亮 红绿灯交替闪烁 M5 停止工 作 重启 启动 14 5.3 程序及其说明 电机正常起动 15 灯 L1 亮，可以开始进邮件 灯 L2 亮，满足检邮件的条件，开始检邮件。 16 17 满足拨码器的正常数值 1，2，3，4，5，邮件分拣到对应邮箱中去 邮件分检到第一个邮箱中去 邮件分检到第二个邮箱中去 18 邮件分检到第三个邮箱中去 邮件分检到第四个邮箱中去 邮件分检到第五个邮箱中去 19 5.4外部接线图 Y0 Y1 Y3 Y 4 COM1 Y4 Y5 Y6 X0 X2 X4 S2 COM3 SB2 S1 FU KM2 M1 M2 Y1 KM0 Fx2n-32 X7 COM SB1 20 安装与运行调试安装与运行调试 6.1 安装可靠性技术要求 PLC 是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可 以直在工业环境中使用。但是当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安 装使用不当，都不能保证 PLC 的正常运行，因此使用时应注意以下问题。 1) 工作环境 温度 PLC 要求环境温度在 55。C。安装时不能放在发热量大的元件下面， 四周通风散热的空间应足够大，开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳 光直接照射；如果周围环境温度超过 55。C，要安装电风扇，强迫通风。 湿度为了保证 PLC 的绝缘性能，空气的相对湿度应小于 85(无凝路)。 震动应使 PLC 远离强烈的震动源，防止振动频率为 1055Hz 的频繁或连 续振动。当使用环境不可避免振动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有 许多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜 中，并安装空气净化装置。 电源 PLC 供电电源为 50Hz、220(110)V 的交流电，对于电源线来的 干扰，PLC 本身具有足够的抵御能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰 特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为 1：1 的隔离变压器，以减少 设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接 LC 滤波电路。S7-200 系列 PLC 有直流 24V 输出接线端，该接线端可以为输入传感器提供 24V 电源。当输入端 使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于 纹波的影响，容易使 PLC 接收到错误信息。 2) 安装与布线 动力线、控制线以及 PLC 的电源线和 IO 线应分别配线，隔离变压器与 PLC 和 IO 之间应采用双绞线连接。PLC 应远离强干扰源如电焊机、大功率硅 整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。PLC 的输 21 入输出最好分开走线，开关量和模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采 用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽电阻的 110。PLC 基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防外界信号干扰。 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力 线，避免同行。 6.2PLC 程序的调试运行 按下启动按钮 I0.0 绿灯 L1 亮后他表示邮件可以进入。当扫码器上检测元 件检测到物体时，扫码器开始扫码，并将邮码输入 PLC。若邮码为正常值，则 红灯 L2 亮，传送带开始动作。 PLC 根据输入邮码启动相应定时器，当邮件到达指定邮箱位置时定时器接 通，分拣推杆动作，将邮件分拣至邮箱内。2.4 秒后，红灯 L2 灭，绿灯 L1 亮， 表示下一邮件可以进入。 若输入邮码不是正常值，则红灯闪烁表示出错，传送带停止。重新启动后 系统重新运行。 22 总总 结结 本文主要利用 PLC 作为通用工业控制计算机，可靠性高、抗干扰能力强、 配套齐全、功能完善，适用性强、系统设计建造量小、维护方便等等优点，实 现邮件自动分拣的自动控制。 论文在深入研究 PLC 控制技术的基础上，完成了以下几方面的工作： 1) 系统分析了自动分拣系统的要求，完成了基于 PLC 控制的邮件自动 分拣系统的部分设计。 2